反相微乳液聚合的研究现状及进展.pdf

反相微乳液聚合的研究现状及进展 杨开吉 苏文强 东北林业大学材料科学与工程学院 生物质材料科学与技术教育部重点实验室 哈尔滨 （150040） 摘 要：反相微乳液聚合一种新型聚合方法，受到人们的高度重视；本文介绍了其聚合机理 和应用进展，并对其发展前景进行了展望。 关键词：反相微乳液聚合；机理；发展前景 反相微乳液聚合发展起始于上世纪 80 年代；当时，由于在多次采油中对高分子量水溶 性聚合物的需求以及水溶性聚合物在水处理、造纸工业和采矿业中的应用[1]，而在通过常规 反相乳液聚合生成这类聚合物的尝试中遇到困难，如反相乳胶的粒径分布很宽且容易凝聚 [2~3]，所以研究者把 目光从常规反相乳液聚合转向了反相微乳液聚合，通过反相微乳液聚合 得到的高分子量聚合物微胶乳(Microlatex) ，不仅固含量高、溶解快、粒径小且均一，并且高 度稳定。从而引起科研工作者的广泛关注。 1．反相微乳液聚合的机理 探讨反相微乳液聚合机理一直是人们关注的焦点，研究内容主要是聚合场所、成核机 [4] 理、聚合过程以及一些重要的特征。其聚合过程如图 1 所示 ： 图 1 反相微乳液聚合机理示意图 反相微乳液具有以下一些主要特点: ①分散相(水相)比较均匀，大小在 5－200nm 之间； ②液滴小，呈透明或半透明状；③具有很低的界面张力，能发生自动乳化；④处于热力学稳 定状态，离心沉降不分层；⑤在一定范围内，可与水或有机溶剂互溶。 1.1 成核场所 反相微乳液聚合成核场所存在着多种方式，既会有液滴成核，也会有均相和胶束成核 的存在，只是在不同的体系中成核方式的主导地位不同。现在，人们对微乳液成核的共识是: 成核的场所主要在单体液滴中；也可以通过均相成核；在微乳聚合的反应后期，胶束也是成 核的重要场所。Candau等[5]提出聚合物粒子与含单体的胶束相互碰撞融合而获得单体进一步 - 1 - 增长，单体不是从胶束经连续相扩散进聚合物粒子的。因为在实验中发现产物组成与转化率 无关，说明反应场所的单体比例与共聚物分子的序列分布近似于伯努利(Bernouillian)分布， 并产生均一的微结构[6] 。只有这样，才能保证聚合场所的单体比例始终与初始的单体配比一 致。Guo等[7~8]借助于乳液聚合的研究成果，对微乳液聚合过程中粒子成核位置作了详细研 究，他们认为在不完全排除均相成核的前提下微乳液聚合最有可能的成核位置应是在微乳液 滴中。这个观点得到了Gzpek等[9] 的认同。 1.2 成核机理 反相微乳液体系中存在大量的胶束，故微乳液聚合的动力学过程并不遵循经典的Smith [10] [7] －Ewart理论，而是一种连续的粒子成核过程 。Candau等 对此进行了深入的研究，发现 在AM微乳液聚合体系中，聚合前体系内不存在大的单体液滴，所有的单体都分布在胶束中 21个/L)。而聚合后体系的聚合物粒子半径为 25nm，浓度为 1018个/L，与常规乳液 (4nm，10 不同的是微乳液体系内乳化剂的含量常比乳液聚合体系高很多，在聚合的整个过程中体系内 21个/L)，只有少量 都存在大量的胶束。直至聚合结束时，体系仍含有 1.6nm的空胶束(5×10 的(约l/5)的乳化剂分布在聚合物的界面，其余的则以胶束形式存在。因此在很高的转化率 下仍然会产生新的聚合物粒子，即表现出连续成核的特征。只有当所有的单体都被聚合物粒 子吸附时，成核过程才结束。反